Terpenproduktion durch grüne Biotechnologie
Luca J. Meink, Manish L. Raorane
Pflanzen haben ein hoch differenziertes Immunsystem entwickelt, welches von einer Vielzahl von pflanzlichen Abwehrstoffen abhängig ist. Diese Abwehrstoffe zeigen pharmakologische Eigenschaften und haben so als Wirkstoffkandidaten großes Interesse geweckt. Terpene, eine Klasse von Naturprodukten, sind in dieser Hinsicht besonders prominent.
Ein großes Hindernis bei der in-vitro-Produktion von pflanzlichen Sekundärmetaboliten ist die Komplexität ihrer biosynthetischen Stoffwechselwege. Die chemische Synthese ist aufgrund der komplizierten Strukturen und Stereochemie dieser Verbindungen oft wenig praktikabel. Während “metabolic Engineering” vielversprechend ist, ist es oft in seinem Erfolg begrenzt.
Heterologe Systeme wie E. coli und Hefe wurden für die Terpenproduktion untersucht, aber sie stehen vor Herausforderungen bei der Rekonstitution ganzer Biosynthesewege. Pflanzenzellkulturen bieten hingegen ein natürlicheres Umfeld für diese komplexen Stoffwechselprozesse.
Unsere Forschung nutzt die Tabak-BY-2-Zelllinie, um die Terpenproduktion zu verbessern. Wir haben erfolgreich eine Monoterpen-produzierende Zelllinie entwickelt, aber die derzeitigen Ausbeuten sind unzureichend. Großtechnische Bioreaktoren bieten das Potenzial, dies durch Steigerung von Produktivität, Ausbeute und Produktkonzentration zu beheben. Die großtechnische Produktion von pflanzlichen Sekundärmetaboliten bleibt jedoch eine große Herausforderung, mit begrenzten Beispielen wie Paclitaxel.
Unser langfristiges Ziel ist es, BY-2-Zellen als eine zuverlässige Plattform für die Terpenbiosynthese zu etablieren, um den Weg für industrielle Anwendungen zu ebnen.
